DE102011055893A1

DE102011055893A1 - Steering system in a vehicle

Info

Publication number: DE102011055893A1
Application number: DE102011055893A
Authority: DE
Inventors: Dirk Altmeyer; Achim Neubauer; Hussam Helmi; Thomas Kühnhöfer
Original assignee: Robert Bosch GmbH; ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-06
Also published as: WO2013079399A1

Abstract

Ein Lenksystem in einem Fahrzeug weist eine Lenkwelle zur Übertragung eines vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels und einen elektrischen Servomotor zur Erzeugung eines unterstützenden Antriebsmomentes auf. Eine Elektronikplatine mit elektronischen Komponenten zur Steuerung des Servomotors ist mit einer Ausnehmung versehen, durch die die Lenkwelle geführt ist. Die Elektronikplatine ist zudem Träger eines Sensors zur Ermittlung des vom Fahrer erzeugten Lenkmoments und/oder Lenkwinkels.A steering system in a vehicle has a steering shaft for transmitting a steering angle predetermined by the driver and an electric servomotor for generating a supporting drive torque. An electronic board with electronic components for controlling the servomotor is provided with a recess through which the steering shaft is guided. The electronic board is also the carrier of a sensor for determining the steering torque and / or steering angle generated by the driver.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to a steering system in a vehicle according to the preamble of claim 1.

Stand der Technik State of the art

Bei bekannten Fahrzeug-Lenksystemen kann der Fahrer durch Betätigen des Lenkrades einen Lenkwinkel vorgeben, der durch Kopplung einer mit dem Lenkrad verbundenen Lenkwelle mit einer Zahnstange in einen Radlenkwinkel der lenkbaren Räder umgesetzt wird. Bekannt ist es auch, zur Lenkkraftunterstützung elektrische Servomotoren einzusetzen, die gegebenenfalls unmittelbar auf die Lenkwelle wirken und diese mit einem unterstützenden Servomoment beaufschlagen ( DE 197 03 903 A1 ). In known vehicle steering systems, the driver can specify by operating the steering wheel, a steering angle, which is converted by coupling a steering shaft connected to the steering shaft with a rack in a Radlenkwinkel the steerable wheels. It is also known to use electric servomotors for the steering force assistance, which optionally act directly on the steering shaft and apply a supporting servomotor torque to it ( DE 197 03 903 A1 ).

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Lenksystem in einem Fahrzeug mit einfachen konstruktiven Maßnahmen mit kompakter Lenkunterstützung auszubilden. The invention has the object to form a steering system in a vehicle with simple design measures with compact steering assistance.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved with the features of claim 1. Advantageous developments are specified in the subclaims.

Das Lenksystem wird in Fahrzeugen eingesetzt, um einen vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel in einen Radlenkwinkel der lenkbaren Räder umzusetzen. Dem Lenksystem ist eine Lenkspindel bzw. -welle zugeordnet, die mit dem vom Fahrer betätigbaren Lenkrad verbunden ist, sowie ein Lenkgestänge mit einer Zahnstange, die von der Lenkwelle betätigbar ist, um den gewünschten Winkel an den lenkbaren Rädern einzustellen. Des Weiteren umfasst das Lenksystem einen elektrischen Servomotor, über den ein unterstützendes Moment in das Lenksystem eingespeist werden kann. Der Servomotor ist vorteilhafterweise mit der Lenkwelle gekoppelt. The steering system is used in vehicles to implement a driver-specified steering angle in a wheel steering angle of the steerable wheels. The steering system is associated with a steering shaft which is connected to the driver-operable steering wheel, and a steering linkage with a rack, which is actuated by the steering shaft to adjust the desired angle to the steerable wheels. Furthermore, the steering system comprises an electric servomotor, via which a supporting moment can be fed into the steering system. The servomotor is advantageously coupled to the steering shaft.

Die kinematische Verbindung zwischen der Motorwelle des elektrischen Servomotors und der Lenkwelle erfolgt über Getriebebauteile, beispielsweise eine Schnecke auf der Motorwelle und ein mit der Schnecke kämmendes Schneckenrad, das drehfest mit der Lenkwelle verbunden sein kann. Die Schnecke ist insbesondere einteilig mit der Motorwelle ausgebildet. The kinematic connection between the motor shaft of the electric servomotor and the steering shaft via transmission components, such as a worm on the motor shaft and a worm meshing with the worm wheel, which can be rotatably connected to the steering shaft. The worm is in particular formed integrally with the motor shaft.

Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass die Lenkwelle und der Servomotor in einem gemeinsamen Lagergehäuse aufgenommen sind, wobei die Motorlängsachse des Servomotors vorzugsweise zumindest annähernd orthogonal und mit seitlichem Versatz zur Achse der Lenkwelle verläuft. Der Servomotor ist zum Beispiel an einem Lagerflansch des Lagergehäuses gehalten. Grundsätzlich können Servomotoren im oder am Lagergehäuse mit unterschiedlich langen, an den jeweiligen Einsatzzweck angepassten Statoren verwendet werden. Furthermore, it may be expedient that the steering shaft and the servomotor are accommodated in a common bearing housing, wherein the motor longitudinal axis of the servomotor preferably extends at least approximately orthogonal and with lateral offset to the axis of the steering shaft. The servomotor is held, for example, on a bearing flange of the bearing housing. Basically, servomotors can be used in or on the bearing housing with stators of different length, adapted to the respective application.

Die Steuerung des elektrischen Servomotors erfolgt über elektronische Komponenten auf einer Elektronikplatine, welche am Lagergehäuse gehalten ist. Die Elektronikplatine ist mit einer Ausnehmung versehen, durch die die Lenkwelle hindurchgeführt ist. Die Elektronikplatine ist in der Weise am Lagergehäuse angeordnet, dass im montierten Zustand die Ebene der Elektronikplatine zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse der Lenkwelle steht. Dies hat den Vorteil, dass das in dieser Weise ausgeführte Lenksystem kompakt ausgebildet ist und sowohl in Achsrichtung als auch in Radialrichtung – bezogen auf die Lenkwellenlängsachse – kleine Abmessungen aufweist. Die in das Lagergehäuse integrierte Elektronikplatine erfordert keinen oder nur einen geringfügig vergrößerten Bauraum. Das Lagergehäuse ist zur Aufnahme der Lenkwelle mit einer Ausnehmung versehen, in die auch die Elektronikplatine einsetzbar bzw. die von der Elektronikplatine abdeckbar ist. The control of the electric servo motor via electronic components on an electronic board, which is held on the bearing housing. The electronic board is provided with a recess through which the steering shaft is passed. The electronic board is arranged in the manner on the bearing housing, that in the mounted state, the plane of the electronic board is at least approximately perpendicular to the longitudinal axis of the steering shaft. This has the advantage that the steering system designed in this way is compact and has small dimensions both in the axial direction and in the radial direction-relative to the steering shaft longitudinal axis. The integrated electronic circuit board in the bearing housing requires no or only a slightly larger space. The bearing housing is provided for receiving the steering shaft with a recess into which the electronics board can be inserted or which can be covered by the electronic board.

Die Ausnehmung, welche in der Elektronikplatine eingebracht ist und durch die die Lenkwelle geführt ist, kann entweder als ein Loch ausgeführt sein, das ringsum von der Elektronikplatine umschlossen ist, oder als eine U-förmige Ausnehmung, welche sich bis zum Rand der Elektronikplatine erstreckt. The recess, which is introduced in the electronic circuit board and through which the steering shaft is guided, can be designed either as a hole which is surrounded by the electronics board around, or as a U-shaped recess which extends to the edge of the electronic circuit board.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass aufgrund der hindurchgeführten Lenkwelle durch die Ausnehmung in der Elektronikplatine eine lagerichtige Zentrierung der Platine im Lagergehäuse gegeben ist. In Drehrichtung um die Lenkwellenlängsachse kann die gewünschte Position der Elektronikplatine durch Anschläge bzw. Formschlusselemente am Lagergehäuse festgelegt werden. Insgesamt ist hierdurch die Montage vereinfacht. Another advantage is the fact that due to the guided steering shaft through the recess in the electronics board a correct position centering of the board is given in the bearing housing. In the direction of rotation about the steering shaft longitudinal axis, the desired position of the electronic board can be determined by stops or positive locking elements on the bearing housing. Overall, this assembly is simplified.

Die Elektronikplatine weist als elektronische Komponenten zweckmäßigerweise sowohl eine Leistungselektronik als auch eine Steuerungselektronik mit der Steuerungslogik auf. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Ausführung, in der sich nur entweder die Leistungselektronik oder die Steuerungselektronik auf der Elektronikplatine befindet, welche mit der Ausnehmung zum Hindurchführen der Lenkwelle versehen ist, wohingegen der weitere Elektronikteil sich auf einer weiteren Platine befindet, die aber mit der mit der Ausnehmung versehenen Elektronikplatine verbunden sein kann. Beispielsweise kann die mit der Ausnehmung versehene Elektronikplatine die Leistungselektronik aufnehmen, wohingegen die zusätzliche, zweite Platine die Steuerungselektronik aufnimmt. The electronic board has as electronic components expediently both a power electronics and a control electronics with the control logic. In principle, however, is also an embodiment in which only either the power electronics or the control electronics is located on the electronic board, which is provided with the recess for passing the steering shaft, whereas the other electronic part is located on another board, but with the with the recess provided electronics board may be connected. For example, the electronics board provided with the recess can receive the power electronics, whereas the additional, second board receives the control electronics.

Die Elektronikplatine ist des Weiteren Träger eines Sensors, der zur Ermittlung des vom Fahrer auf die Lenkwelle aufgebrachten Lenkmomentes eingesetzt wird. Über die Integration des Lenkmomentsensors auf die Elektronikplatine wird eine weitere Vereinfachung und Bauraumreduzierung erreicht. Auf der Elektronikplatine werden insbesondere die Leistungselektronik, die Sensortechnologie sowie die Steuerungs- bzw. Logikelektronik zusammengefasst. Eine zusätzliche Kabelführung für den Sensor kann entfallen. The electronic board is also a carrier of a sensor which is used to determine the steering torque applied by the driver to the steering shaft. By integrating the steering torque sensor on the electronic board further simplification and space reduction is achieved. On the electronic board in particular the power electronics, the sensor technology and the control or logic electronics are summarized. An additional cable guide for the sensor can be omitted.

Der Sensor auf der Elektronikplatine dient zur Ermittlung des Lenkmomentes, das gegebenenfalls aus einer vom Sensor erfassten Winkelinformation abgeleitet wird. Beispielsweise kann über den Sensor die Relativwinkelverdrehung zwischen zwei über einen Drehstab verbundene Lenkwellenabschnitte erfasst werden, wobei aus der Relativdrehwinkellage zwischen den Lenkwellenabschnitten auf das Lenkmoment rückgeschlossen werden kann. The sensor on the electronic board is used to determine the steering torque, which may be derived from an angle information detected by the sensor. For example, the relative angular rotation between two steering shaft sections connected via a torsion bar can be detected via the sensor, wherein the steering torque can be deduced from the relative rotational position between the steering shaft sections.

Der Sensor ist beispielsweise als ein Magnetfeldsensor, insbesondere als ein Hallsensor ausgeführt, dem ein mit der Lenkwelle gekoppelter Magnet als Signalgeber zugeordnet ist. Der Sensor kann in geeigneter Weise mit der Elektronikplatine verbunden sein, beispielsweise auf die Elektronikplatine gesteckt, gelötet oder geschweißt werden. Über den Magnetfeldsensor bzw. den Hallsensor auf der Elektronikplatine können Magnetfeldänderungen, welche durch die Lenkwinkeländerung und den mit dem Lenkwinkel verbundenen Magneten entstehen, sensiert werden. The sensor is designed, for example, as a magnetic field sensor, in particular as a Hall sensor, to which a magnet coupled to the steering shaft is assigned as a signal generator. The sensor may be suitably connected to the electronic board, for example, plugged, soldered or welded to the electronics board. Magnetic field changes caused by the change in the steering angle and the magnet connected to the steering angle can be sensed via the magnetic field sensor or the Hall sensor on the electronic board.

Der Magnet, welcher fest mit der Lenkwelle bzw. einem Lenkwellenabschnitt verbunden ist, ist zweckmäßigerweise axial zum Magnetfeldsensor beabstandet. Dies hat den Vorteil, dass der Magnet und der Magnetfeldsensor in Radialrichtung – bezogen auf die Lenkwellenachse – zumindest annähernd auf gleicher Höhe angeordnet sein können, so dass in Radialrichtung kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. The magnet, which is fixedly connected to the steering shaft or a steering shaft section, is expediently spaced axially to the magnetic field sensor. This has the advantage that the magnet and the magnetic field sensor in the radial direction - with respect to the steering shaft axis - can be arranged at least approximately at the same height, so that no additional space is needed in the radial direction.

Grundsätzlich kommen auch nicht-magnetische Sensoren zum Erfassen des Lenkmomentes in Betracht. Der Sensor kann beispielsweise als ein optoelektronischer Sensor ausgeführt sein, der eine optische Sensoreinheit umfasst, mit dessen Hilfe eine Relativdrehwinkellage zwischen Lenkwellenabschnitten, die über den Drehstab verbunden sind, ermittelt werden können. Die optische Sensoreinheit ist hierbei auf der Elektronikplatine angeordnet und umfasst zum Beispiel zwei sich zumindest teilweise überdeckende Reflektorscheiben, die mit dem oberen sowie dem unteren Lenkwellenabschnitt verbunden sind, wobei in Abhängigkeit der Relativwinkellage zwischen den beiden Reflektorscheiben ein von der optischen Sensoreinheit ausgesandter Lichtstrahl unterschiedlich stark reflektiert wird. Der reflektierte Lichtstrahl wird in der optischen Sensoreinheit registriert, wobei aus der Stärke des reflektierten Lichtstrahls auf den Überdeckungsgrad zwischen den Reflektorscheiben und damit auf die Relativdrehwinkellage zwischen oberem und unterem Lenkwellenabschnitt geschlossen werden kann, woraus das Lenkmoment ermittelt wird. Die Reflektorscheiben sind beispielsweise als ineinandergreifende, vorzugsweise gleichgerichtete Hohlzylinder ausgebildete, deren Zylinderwandungen mit Reflektoren bzw. mit Ausnehmungen versehen sind, wobei die mit Ausnehmungen versehene hohlzylindrische Reflektorscheibe die mit Reflektoren versehene hohlzylindrische Reflektorscheibe übergreift. Gelangt eine Ausnehmung in der äußeren Reflektorscheibe in Überdeckung mit dem radial innen liegenden Reflektor, so wird ein höherer Anteil des Lichtstrahls reflektiert als bei einer geringeren Überdeckung. In principle, non-magnetic sensors for detecting the steering torque come into consideration. By way of example, the sensor can be embodied as an optoelectronic sensor which comprises an optical sensor unit with the aid of which a relative rotational angle position between steering shaft sections which are connected via the torsion bar can be determined. The optical sensor unit is in this case arranged on the electronic circuit board and comprises, for example, at least partially overlapping reflector disks, which are connected to the upper and the lower steering shaft portion, depending on the relative angular position between the two reflector disks a light beam emitted by the optical sensor unit reflects different degrees becomes. The reflected light beam is registered in the optical sensor unit, it being possible to deduce from the strength of the reflected light beam the degree of coverage between the reflector disks and thus the relative rotational angle position between the upper and lower steering shaft sections, from which the steering torque is determined. The reflector disks are formed, for example, as intermeshing, preferably rectified hollow cylinders whose cylinder walls are provided with reflectors or with recesses, wherein the recessed hollow cylindrical reflector disk engages over the hollow cylindrical reflector disk provided with reflectors. If a recess in the outer reflector disk comes into register with the radially inner reflector, a higher proportion of the light beam is reflected than with a smaller overlap.

Bei dem Sensor kann es sich auch um einen Lenkwinkelsensor handeln, mit dem der Lenkwinkel der Lenkwelle, welcher vom Fahrer vorgegeben wird, ermittelt werden kann. Auch in diesem Fall befindet sich der Sensor auf der Elektronikplatine. Bei dem Lenkwinkelsensor handelt es sich beispielsweise um einen mit der Elektronikplatine verbundenen Magnetsensor, dem ein Magnetstück bzw. ein Magnet zugeordnet ist, das bzw. der mit der Lenkwelle bzw. einem Lenkwellenabschnitt verbunden ist. Über den Magnetsensor werden Magnetfeldänderungen des mit der Lenkwelle umlaufenden Magnetstücks bzw. dem Magneten sensiert. Bei dem Sensor kann es sich auch um einen Inkrementalsensor handeln, über den die Anzahl von Lenkwellenumdrehungen ermittelbar ist. The sensor may also be a steering angle sensor with which the steering angle of the steering shaft, which is predetermined by the driver, can be determined. Also in this case the sensor is located on the electronic board. The steering angle sensor is, for example, a magnetic sensor connected to the electronic board, to which a magnet piece or a magnet is associated, which is connected to the steering shaft or a steering shaft section. About the magnetic sensor magnetic field changes of the rotating with the steering shaft magnet piece or the magnet are sensed. The sensor may also be an incremental sensor, via which the number of steering shaft revolutions can be determined.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich einzeln oder in Kombination aus den Ansprüchen und der Beschreibung. Die Figuren zeigen: Further advantages of the invention will become apparent individually or in combination from the claims and the description. The figures show:

1 eine schematische Ansicht eines Lenksystems in einem Fahrzeug, mit einem der Lenkwelle des Lenksystems zugeordneten Servomotor, 1 1 is a schematic view of a steering system in a vehicle, with a servomotor associated with the steering shaft of the steering system;

2 einen Schnitt längs durch die Lenkwelle, 2 a section along the steering shaft,

3 eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung des Lenkmomentes, 3 a sensor device for determining the steering torque,

4 in vergrößerter Darstellung der Schnitt durch die Lenkwelle im Bereich der Sensoreinrichtung, 4 in an enlarged view the section through the steering shaft in the region of the sensor device,

5 ein Lenksystem in perspektivischer Darstellung mit der Sensoreinrichtung zur Ermittlung des Lenkmoments in optoelektronischer Ausführung, 5 a steering system in perspective view with the sensor device for determining the steering torque in optoelectronic design,

6 der optoelektronische Sensor in Einzeldarstellung, 6 the optoelectronic sensor in individual representation,

7 einen Schnitt durch die Lenkwelle im Bereich des optoelektronischen Sensors. 7 a section through the steering shaft in the region of the optoelectronic sensor.

Gleiche Bauteile und -einheiten sind in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. The same components and units are provided in the figures with the same reference numerals.

Das in 1 gezeigte Lenksystem 1 in einem Fahrzeug umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Lenkgetriebe 4, ein Lenkgestänge 5 mit einer Zahnstange sowie lenkbare Räder 6. Der Fahrer gibt durch Betätigung des Lenkrades 2 einen Lenkwinkel δ_LW in der mit dem Lenkrad verbundenen Lenkwelle 3 vor, die über das Lenkgetriebe 4 die Zahnstange des Lenkgestänges 5 in Querrichtung verstellt, woraufhin an den lenkbaren Rädern der Radlenkwinkel δ_V eingestellt wird. This in 1 steering system shown 1 in a vehicle includes a steering wheel 2 , a steering shaft 3 , a steering gear 4 , a steering linkage 5 with a rack and steerable wheels 6 , The driver gives by pressing the steering wheel 2 a steering angle δ _LW in the steering shaft connected to the steering wheel 3 in front, over the steering gear 4 the rack of the steering linkage 5 adjusted in the transverse direction, whereupon the wheel steering angle δ _{V is} set at the steerable wheels.

Zur Lenkkraftunterstützung dient ein elektrischer Servomotor 7, der über ein Getriebe ein unterstützendes Antriebsmoment in die Lenkwelle 3 einleitet. Das Getriebe umfasst eine Schnecke auf einem Wellenabschnitt der Motorwelle des Servomotors 7 und ein mit der Schnecke in Eingriff stehendes Schneckenrad, welche drehfest mit der Lenkwelle 3 verbunden ist. Die Lenkwelle 3 sowie die Motorwelle des elektrischen Servomotors 7 sind in einem Lagergehäuse 8 des Lenksystems 1 aufgenommen. To assist steering, an electric servomotor is used 7 , the transmission via a supportive driving torque in the steering shaft 3 initiates. The gear comprises a worm on a shaft portion of the motor shaft of the servomotor 7 and a worm gear meshing with the worm, which is non-rotatable with the steering shaft 3 connected is. The steering shaft 3 and the motor shaft of the electric servomotor 7 are in a bearing housing 8th of the steering system 1 added.

In den 2 bis 4 ist ausschnittsweise ein Lenksystem bzw. sind Teile hiervon mit einer Sensoreinrichtung 46 in einer ersten Ausführungsvariante dargestellt. Das Lagergehäuse 8 zur Aufnahme der Lenkwelle 3 umfasst ein Motorwellengehäuse 11 zur Aufnahme der Motorwelle des elektrischen Servomotors 7, wobei die Motorwellenlängsachse senkrecht und mit Abstand zur Längsachse 14 der Lenkwelle 3 verläuft. Einteilig mit dem Lagergehäuse 8 ist außerdem ein Lager- bzw. Statorflansch 28 ausgebildet, an dem der Stator 16 des elektrischen Servormotors 7 gehalten ist. Gegebenenfalls ist der Statorflansch 28 Teil des Statorgehäuses und in geeigneter Weise mit dem Lagergehäuse 8 verbunden. In the 2 to 4 is fragmentary a steering system or parts thereof with a sensor device 46 shown in a first embodiment. The bearing housing 8th for receiving the steering shaft 3 includes a motor shaft housing 11 for receiving the motor shaft of the electric servomotor 7 , wherein the motor shaft longitudinal axis is perpendicular and at a distance from the longitudinal axis 14 the steering shaft 3 runs. One-piece with the bearing housing 8th is also a bearing or stator flange 28 formed on which the stator 16 of the electric servomotor 7 is held. If necessary, the stator flange 28 Part of the stator housing and suitably with the bearing housing 8th connected.

Die Motorwelle 15 ist mit einer Schnecke versehen, die mit einem Schneckenrad 20 kämmt, das drehfest mit einem unteren Lenkwellenabschnitt 3b der zweiteiligen Lenkwelle 3 verbunden ist. Ein oberer Lenkwellenabschnitt 3a ist über einen Torsionsstab 45 mit dem unteren Lenkwellenabschnitt 3b verbunden. Gibt der Fahrer über das Lenkrad ein Lenkmoment auf den oberen Lenkwellenabschnitt 3a auf, so tordiert der Torsionsstab 45, woraufhin zwischen oberem und unterem Lenkwellenabschnitt 3a, 3b sich ein Relativdrehwinkel einstellt. Dieser Relativdrehwinkel kann mithilfe einer Sensoreinrichtung 46 ermittelt werden, wobei aus dem Relativdrehwinkel auf das Lenkmoment rückgerechnet werden kann. The motor shaft 15 is equipped with a worm, which is equipped with a worm wheel 20 meshes, rotatably with a lower steering shaft section 3b the two-piece steering shaft 3 connected is. An upper steering shaft section 3a is over a torsion bar 45 with the lower steering shaft section 3b connected. Gives the driver via the steering wheel a steering torque on the upper steering shaft section 3a the torsion bar is twisting 45 , whereupon between upper and lower steering shaft section 3a . 3b a relative angle of rotation is set. This relative rotation angle can be achieved by means of a sensor device 46 be determined, which can be recalculated from the relative rotation angle to the steering torque.

Im Lagergehäuse 8 ist eine Elektronikplatine 40 aufgenommen, die orthogonal zur Längsachse 14 der Lenkwelle 3 ausgerichtet ist. In die Elektronikplatine 40 ist eine Ausnehmung 41 (4) eingebracht, durch die die Lenkwelle 3 hindurchgeführt ist. Die Sensoreinrichtung 46 ist ringförmig ausgebildet und konzentrisch zu der Ausnehmung 41 auf die Elektronikplatine 40 aufgesetzt. Die Elektronikplatine 40 nimmt elektronische Komponenten auf, insbesondere eine Leistungselektronik 23 zur Steuerung des elektrischen Servomotors 7. Vom Servomotor 7 ragen Anschlusskontakte 47 durch eine Ausnehmung im Statorflansch 28, wobei die Anschlusskontakte 47 mit der Elektronikplatine 40 bzw. der Leistungselektronik 23 bzw. sonstigen elektronischen Komponenten verbunden sind. Zusätzlich zur Leistungselektronik 23 kann die Elektronikplatine 40 auch eine Steuerungs- bzw. Logikelektronik für den elektrischen Servomotor aufweisen. In the bearing housing 8th is an electronics board 40 taken orthogonal to the longitudinal axis 14 the steering shaft 3 is aligned. In the electronics board 40 is a recess 41 ( 4 ), through which the steering shaft 3 passed through. The sensor device 46 is annular and concentric with the recess 41 on the electronics board 40 placed. The electronic board 40 accepts electronic components, in particular power electronics 23 for controlling the electric servomotor 7 , From the servomotor 7 protrude connection contacts 47 through a recess in the stator flange 28 , where the connection contacts 47 with the electronics board 40 or the power electronics 23 or other electronic components are connected. In addition to the power electronics 23 can the electronics board 40 also have a control or logic electronics for the electric servomotor.

In 3 ist in Einzeldarstellung die Sensoreinrichtung 46 mit jeweils einem ringförmigen Unterteil 48 und einem Oberteil 49 dargestellt, wobei das Unterteil 48 mit dem unteren Lenkwellenabschnitt 3b und das Oberteil 49 mit dem oberen Lenkwellenabschnitt 3a verbunden ist. Mit dem Oberteil 49 ist ein Ringmagnet 50 fest verbunden, der in Umfangsrichtung mit abwechselnder Nord-Süd-Magnetisierung versehen ist. Das Magnetfeld des Ringmagneten 50 wird von zwei Magnetfeldsensoren 51 und 52 detektiert, die auf der Elektronikplatine 40 angeordnet sind; die Magnetfeldsensoren 51, 52 sind beispielsweise als Hallsensoren ausgeführt. Die beiden Magnetfeldsensoren 51 und 52 sind in Umfangsrichtung hintereinander liegend angeordnet und weisen in Umfangsrichtung einen Abstand auf, der der Magnetteilung des Ringmagneten 50 entspricht. Gibt der Fahrer ein Lenkmoment über das Lenkrad auf den oberen Lenkwellenabschnitt 3 auf, so tordiert der Torsionsstab 45, wodurch ein Relativdrehwinkel zwischen Oberteil 49 und Unterteil 48 entsteht. Der Relativdrehwinkel kann von den beiden Magnetfeldsensoren 51, 52 auf der Elektronikplatine ermittelt werden, woraus auf das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment geschlossen werden kann. In 3 is in individual representation the sensor device 46 each with an annular lower part 48 and a top 49 shown, wherein the lower part 48 with the lower steering shaft section 3b and the top 49 with the upper steering shaft section 3a connected is. With the shell 49 is a ring magnet 50 firmly connected, which is provided in the circumferential direction with alternating north-south magnetization. The magnetic field of the ring magnet 50 is powered by two magnetic field sensors 51 and 52 detected on the electronics board 40 are arranged; the magnetic field sensors 51 . 52 are for example designed as Hall sensors. The two magnetic field sensors 51 and 52 are arranged one behind the other in the circumferential direction and have a distance in the circumferential direction, which is the magnetic division of the ring magnet 50 equivalent. Gives the driver a steering torque on the steering wheel on the upper steering shaft section 3 the torsion bar is twisting 45 , whereby a relative angle of rotation between upper part 49 and lower part 48 arises. The relative rotation angle can be from the two magnetic field sensors 51 . 52 be determined on the electronic board, from which it can be concluded that the steering torque applied by the driver.

Wie der vergrößerten Darstellung gemäß 4 zu entnehmen, befinden sich die Magnetfeldsensoren 51, 52 in einem Ringraum radial zwischen einer inneren Ringwand 53 und einer äußeren Ringwand 54 des Unterteils 48 der Sensoreinrichtung. Dadurch ist es möglich, dass bei Aufbringen eines Lenkwinkels auf die Lenkwelle 3 die beiden Magnetfeldsensoren 51, 52 innerhalb des Unterteils 48 kollisionsfrei trotz der Relativverdrehung des Unterteils 48 gegenüber der Platine 40 und den Magnetfeldsensoren angeordnet sein können. As the enlarged view according to 4 can be seen, are the magnetic field sensors 51 . 52 in an annular space radially between an inner annular wall 53 and an outer ring wall 54 of the lower part 48 the sensor device. This makes it possible that when applying a steering angle to the steering shaft 3 the two magnetic field sensors 51 . 52 within the lower part 48 collision-free despite the relative rotation of the lower part 48 opposite the board 40 and the magnetic field sensors can be arranged.

Wie 4 des Weiteren zu entnehmen, ist in einem Trägerbauteil 56, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht und das fest auf der Elektronikplatine 40 angeordnet ist, ein Inkrementalsensor 55 aufgenommen, der mit einem Magnetstück 57 zusammenwirkt, welches im Oberteil 49 gehalten ist. Bei jeder Lenkwellenumdrehung liefert der Inkrementalsensor 55 ein Signal, so dass die Anzahl der Lenkwellenumdrehungen ermittelt werden kann. Die Kontakte 58 des Inkrementalsensors 55 sind entlang des Trägerbauteils 56 bis zu der Elektronikplatine 40 geführt. As 4 furthermore, is in a carrier component 56 that preferably off Plastic is made and fixed on the electronic board 40 is arranged, an incremental sensor 55 taken with a magnet piece 57 cooperates, which in the upper part 49 is held. The incremental sensor delivers at each steering shaft revolution 55 a signal so that the number of steering shaft revolutions can be determined. The contacts 58 of the incremental sensor 55 are along the carrier component 56 up to the electronic board 40 guided.

In den 5 bis 7 ist ein Lenksystem mit einer Sensoreinrichtung in einer weiteren Ausführung dargestellt. Die optoelektronische Sensoreinrichtung 60 umfasst einen optoelektronischen Sensor 61, der auf der Elektronikplatine 40 sitzt, sowie zwei hohlzylindrische Reflektorscheiben 62 und 63, die gleichsinnig ausgerichtet und ineinandergreifend angeordnet sind, wobei die innere Reflektorscheibe 62 mit kleinerem Durchmesser drehfest mit dem unteren Lenkwellenabschnitt 3b und die äußere Reflektorscheibe 63 mit größerem Durchmesser drehfest mit dem oberen Lenkwellenabschnitt 3a verbunden ist. Die beiden hohlzylindrischen Reflektorscheiben 62 und 63 sind konzentrisch zur Längsachse 14 der Lenkwelle 3 angeordnet und umgreifen mit ihrer Zylinderwandung die Ausnehmung 41 in der Elektronikplatine 40, durch die die Lenkwelle hindurchgeführt ist. Der optoelektronische Sensor 61 liegt radial beabstandet zur Zylinderwandung der äußeren Reflektorscheibe 63. In the 5 to 7 a steering system with a sensor device is shown in a further embodiment. The optoelectronic sensor device 60 includes an optoelectronic sensor 61 on the electronics board 40 sits, as well as two hollow cylindrical reflector discs 62 and 63 , which are aligned in the same direction and arranged interlocking, wherein the inner reflector disc 62 with a smaller diameter rotatably with the lower steering shaft section 3b and the outer reflector disc 63 with larger diameter rotatably with the upper steering shaft section 3a connected is. The two hollow cylindrical reflector discs 62 and 63 are concentric to the longitudinal axis 14 the steering shaft 3 arranged and surround with its cylinder wall, the recess 41 in the electronics board 40 through which the steering shaft is passed. The optoelectronic sensor 61 is radially spaced from the cylinder wall of the outer reflector disc 63 ,

Die innere Reflektorscheibe 62 weist über den Umfang verteilt eine Mehrzahl von axial verlaufenden, streifenförmigen Reflektoren 64 auf, denen Ausnehmungen 65 in der Zylinderwandung der äußeren Reflektorscheibe 63 zugeordnet sind. Der optoelektronische Sensor 61 umfasst eine optische Sensoreinheit, über die ein Lichtstrahl radial in Richtung auf die Reflektorscheiben 62, 63 ausgesandt wird, wonach je nach Überdeckungsgrad der Ausnehmungen 65 in der äußeren Reflektorscheibe 63 und der Reflektoren 64 in der inneren Reflektorscheibe 62 der ausgesandte Lichtstrahl unterschiedlich stark reflektiert wird, was im optoelektronischen Sensor 61 sensiert werden kann. Beispielsweise liegen die Reflektoren 64 und die Ausnehmungen 65 im nicht-relativverdrehten Zustand unmittelbar übereinander, so dass ein maximaler Überdeckungsgrad und dementsprechend eine hohe Reflektion des ausgesandten Lichtstrahls gegeben ist. Mit dem Aufbringen eines Lenkmomentes verändert sich die Relativdrehwinkellage zwischen den Reflektorscheiben 62 und 63, wodurch der Überdeckungsgrad der Reflektoren 64 und der Ausnehmungen 65 reduziert und die Intensität des zurückgestrahlten Lichtstrahls entsprechend verringert wird. The inner reflector disc 62 has distributed over the circumference a plurality of axially extending, strip-shaped reflectors 64 on which recesses 65 in the cylinder wall of the outer reflector disk 63 assigned. The optoelectronic sensor 61 comprises an optical sensor unit, via which a light beam radially in the direction of the reflector discs 62 . 63 is emitted, according to which depending on the degree of coverage of the recesses 65 in the outer reflector disk 63 and the reflectors 64 in the inner reflector disc 62 the emitted light beam is reflected to different degrees, which is in the optoelectronic sensor 61 can be sensed. For example, the reflectors are 64 and the recesses 65 in the non-relatively twisted state directly above one another, so that a maximum degree of coverage and, accordingly, a high reflection of the emitted light beam is given. With the application of a steering torque, the relative rotational position changes between the reflector discs 62 and 63 , whereby the degree of coverage of the reflectors 64 and the recesses 65 reduces and the intensity of the reflected light beam is reduced accordingly.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19703903 A1 [0002]

Claims

Steering system in a vehicle, with a steering shaft ( 3 ) for transmitting a steering angle predetermined by the driver and with an electric servomotor ( 7 ) for generating a supporting drive torque, characterized in that an electronic board ( 40 ) with electronic components for controlling the servomotor ( 7 ) with a recess ( 41 ), the steering shaft ( 3 ) through the recess ( 41 ) in the electronic board ( 40 ) and the level of the electronic board ( 40 ) at least approximately perpendicular to the longitudinal axis of the steering shaft ( 3 ) and that the electronic board ( 40 ) Carrier of a sensor ( 51 . 52 . 61 ) is to determine the steering torque and / or steering angle generated by the driver.

Steering system according to claim 1, characterized in that the sensor as a magnetic field sensor ( 51 . 52 ), for example, designed as a Hall sensor, the one with the steering shaft ( 3 ) coupled magnet ( 50 ) is assigned as a signal generator.

Steering system according to claim 2, characterized in that the magnetic field sensor ( 51 . 52 ) on the electronic board ( 40 ) is plugged, soldered or welded.

Steering system according to claim 2 or 3, characterized in that the magnet ( 50 ) to the magnetic field sensor ( 51 . 52 ) is arranged axially spaced.

Steering system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sensor as an optoelectronic sensor ( 61 ) is executed.

Steering system according to claim 5, characterized in that the optoelectronic sensor ( 61 ) an optical sensor unit on the electronic board ( 40 ) and two at least partially overlapping reflector discs ( 62 . 63 ), which are provided with an upper or lower shaft section ( 3a . 3b ) of the steering shaft ( 3 ) are connected and which reflect different depending on their relative angular position to each other a light emitted from the optical sensor unit light beam.

Steering system according to claim 6, characterized in that the reflector discs ( 62 . 63 ) are formed as interlocking hollow cylinder whose cylinder walls with reflectors ( 64 ) or recesses ( 65 ) are provided.

Steering system according to one of claims 1 to 7, characterized in that a with the electronic board ( 40 ) connected incremental sensor ( 55 ) is provided, the one with the steering shaft ( 3 ) connected magnetic piece ( 57 ) assigned.

Steering system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the steering shaft ( 3 ) and the servomotor ( 7 ) in a common bearing housing ( 8th ) are included.

Steering system according to claim 9, characterized in that the servomotor ( 7 ) on a bearing flange ( 28 ) and connection contacts ( 47 ) of the servomotor ( 7 ) through the bearing flange ( 28 ) to the electronic board ( 40 ) are guided.